r.sungrass - Online in de cloud

PROGRAMMA:

NAAM

r.zon - Zonnestraling en bestralingsmodel.
Berekent directe (bundel), diffuse en gereflecteerde rasterkaarten van zonnestraling voor een bepaalde dag,
breedtegraad, oppervlakte en atmosferische omstandigheden. Zonneparameters (bijv. zonsopgang, zonsondergang
tijden, declinatie, buitenaardse straling, daglichtlengte) worden op de kaart opgeslagen
geschiedenis bestand. Als alternatief kan een lokale tijd worden opgegeven om de zonne-inval te berekenen
hoek- en/of instralingsrasterkaarten. Het schaduweffect van de topografie is optioneel
opgenomen.

TREFWOORDEN

raster, zonne-energie, zonne-energie, schaduw

KORTE INHOUD

r.zon
r.zon --help
r.zon [-pm] elevatie=snaar [verschijning=snaar] [aspect_waarde=drijven] [helling=snaar]
[helling_waarde=drijven] [linke=snaar] [linke_waarde=drijven] [albedo=snaar]
[albedo_waarde=drijven] [lat=snaar] [lang=snaar] [coeff_bh=snaar]
[coef_dh=snaar] [horizon_basisnaam=basisnaam] [horizon_stap=drijven] [incidout=snaar]
[straal_rad=snaar] [diff_rad=snaar] [refl_rad=snaar] [glob_rad=snaar]
[insol_tijd=snaar] dag=geheel getal [stap=drijven] [declinatie=drijven] [tijd=drijven]
[afstand_stap=drijven] [npartities=geheel getal] [burgerlijke_tijd=drijven] [--beschrijven]
[--uw] [--breedsprakig] [--rustig] [--ui]

vlaggen:
-p
Houd geen rekening met het schaduweffect van het terrein

-m
Gebruik de versie met weinig geheugen van het programma

--overschrijven
Toestaan ​​dat uitvoerbestanden bestaande bestanden overschrijven

--help
Gebruiksoverzicht afdrukken

--uitgebreid
Uitgebreide module-uitgang

--stil
Stille module-uitgang

--ui
Geforceerd starten van GUI-dialoogvenster

parameters:
elevatie=snaar [verplicht]
Naam van de ingevoerde hoogterasterkaart [meter]

verschijning=snaar
Naam van de ingevoerde aspectkaart (terreinaspect of azimut van het zonnepaneel) [decimaal
graden]

aspect_waarde=drijven
Een enkele waarde van de oriëntatie (aspect), 270, is zuid
Standaard: 270

helling=snaar
Naam van de ingevoerde hellingrasterkaart (helling van het terrein of de helling van het zonnepaneel) [decimaal
graden]

helling_waarde=drijven
Eén enkele waarde van de helling (helling)
Standaard: 0.0

linke=snaar
Naam van de Linke-invoerrasterkaart voor de atmosferische troebelheidscoëfficiënt [-]

linke_waarde=drijven
Eén enkele waarde van de atmosferische troebelheidscoëfficiënt van Linke [-]
Standaard: 3.0

albedo=snaar
Naam van de grondalbedo-coëfficiëntinvoerrasterkaart [-]

albedo_waarde=drijven
Eén enkele waarde van de grondalbedocoëfficiënt [-]
Standaard: 0.2

lat=snaar
Naam van invoerrasterkaart met breedtegraden [decimale graden]

lang=snaar
Naam van invoerrasterkaart met lengtegraden [decimale graden]

coeff_bh=snaar
Naam van stralingscoëfficiënt in de echte lucht (dikke wolk) invoerrasterkaart [0-1]

coef_dh=snaar
Naam van diffuse stralingscoëfficiënt (waas) in de echte lucht invoerrasterkaart [0-1]

horizon_basisnaam=basisnaam
De basisnaam van de horizoninformatie-invoerkaart

horizon_stap=drijven
Hoekstapgrootte voor multidirectionele horizon [graden]

incidout=snaar
Rasterkaart met invalshoeken uitvoeren (alleen modus 1)

straal_rad=snaar
Uitgangsbundelinstraling [Wm-2] (modus 1) of bestralingsrasterkaart [Wh.m-2.day-1] (modus
2)

diff_rad=snaar
Output diffuse instraling [Wm-2] (modus 1) of instralingsrasterkaart [Wh.m-2.day-1]
(modus 2)

refl_rad=snaar
Uitvoer van door de grond gereflecteerde bestralingssterkte [Wm-2] (modus 1) of bestralingsrasterkaart
[Wh.m-2.dag-1] (modus 2)

glob_rad=snaar
Output globale (totale) instraling/instraling [Wm-2] (modus 1) of
instraling/instraling rasterkaart [Wh.m-2.day-1] (modus 2)

insol_tijd=snaar
Rasterkaart uitvoer instralingstijd [h] (alleen modus 2)

dag=geheel getal [verplicht]
Aantal dagen van het jaar (1-365)
Opties: 1-365

stap=drijven
Tijdstap bij het berekenen van stralingssommen voor de hele dag [decimale uren]
Standaard: 0.5

declinatie=drijven
Declinatiewaarde (die de intern berekende waarde overschrijft) [radialen]

tijd=drijven
Lokale (zonne)tijd (alleen in te stellen voor modus 1) [decimale uren]
Opties: 0-24

afstand_stap=drijven
Stapcoëfficiënt van de bemonsteringsafstand (0.5-1.5)
Standaard: 1.0

npartities=geheel getal
Lees de invoerbestanden in dit aantal chunks
Standaard: 1

burgerlijke_tijd=drijven
Waarde van de civiele tijdzone. Als er geen waarde is, is de tijd de lokale zonnetijd

PRODUCTBESCHRIJVING

r.zon berekent bundel (direct), diffuse en grondgereflecteerde rasterkaarten van zonnestraling
voor een bepaalde dag, breedtegraad, oppervlakte en atmosferische omstandigheden. Zonneparameters (bijv. tijd
van zonsopgang en zonsondergang, declinatie, buitenaardse straling, daglichtlengte).
opgeslagen in de geschiedenisbestanden van de resulterende kaarten. Als alternatief kan de lokale tijd dat zijn
gespecificeerd om de invalshoek van de zon en/of rasterkaarten voor instraling te berekenen. De schaduwwerking
Het effect van de topografie is standaard verwerkt. Dit kan zowel intern worden gedaan door
berekening van het schaduweffect rechtstreeks vanuit het digitale hoogtemodel of via
het specificeren van rasterkaarten van de horizonhoogte, wat veel sneller is. Deze horizonraster
kaarten kunnen worden berekend met behulp van r.horizon.

Voor lengte- en breedtegraadcoördinaten is vereist dat de hoogtekaart in meters is. De
regels zijn:

· lat/lon-coördinaten: hoogte in meters;

· Andere coördinaten: hoogte in dezelfde eenheid als de oost-noordcoördinaten.
De zonnegeometrie van het model is gebaseerd op het werk van Krcho (1990), later verbeterd door
Jenco (1992). De vergelijkingen die de positie van de zon en de aarde beschrijven, evenals een interactie daarvan
de zonnestraling met atmosfeer was oorspronkelijk gebaseerd op de formules voorgesteld door
Kitler en Mikler (1986). Deze component is aanzienlijk bijgewerkt door de resultaten en
suggesties van de werkgroep gecoördineerd door Scharmer en Greif (2000) (dit algoritme
kan worden vervangen door de SOLPOS-algoritmebibliotheek die is opgenomen in GRASS binnen de opdracht r.sunmask).
Het model berekent alle drie de componenten van de mondiale straling (bundel, diffuus en gereflecteerd)
voor de omstandigheden bij heldere hemel, dwz zonder rekening te houden met de ruimtelijke en temporele omstandigheden
variatie van wolken. De omvang en ruimtelijke resolutie van het gemodelleerde gebied, evenals
integratie in de loop van de tijd, worden alleen beperkt door het geheugen en de gegevensopslagbronnen. De
model is gebouwd om te voldoen aan de behoeften van gebruikers op verschillende wetenschapsgebieden (hydrologie, klimatologie,
ecologie en milieuwetenschappen, fotovoltaïsche energie, techniek, enz.) voor continentale,
regionaal tot op landschapsniveau.

Het model houdt rekening met een schaduweffect van de lokale topografie, tenzij dit wordt uitgeschakeld
the -p vlag. r.zon werkt in twee modi: In de eerste modus berekent het voor de ingestelde lokale waarde
tijd een zonne-invalshoek [graden] en zonnestralingswaarden [Wm-2]. In de seconde
In de modus worden de dagelijkse som van de zonnestraling [Wh.m-2.day-1] binnen een bepaalde dag berekend. Door een
scripting van de twee modi kunnen afzonderlijk of in combinatie worden gebruikt om schattingen te geven
voor elk gewenst tijdsinterval. Het model houdt rekening met luchtobstructie door lokaal reliëf
functies. Verschillende zonneparameters worden opgeslagen in de geschiedenisbestanden van de resulterende kaarten
kan worden bekeken met de opdracht r.info.

De rasterkaart van de zonne-invalshoek incidout wordt berekend met specificatie van de hoogterasterkaart
elevatie, aspectrasterkaart verschijning, rasterkaart hellingsteilheid helling, gezien de dag dag
en lokale tijd tijd. Het is niet nodig de breedtegraad te definiëren voor locaties met bekende en
gedefinieerd projectie-/coördinatensysteem (controleer dit met de opdracht g.proj). Als je hebt
ongedefinieerde projectie, (x,y) systeem, enz., dan kan de breedtegraad expliciet worden gedefinieerd
grote gebieden via invoerrasterkaart Latijns met geïnterpoleerde breedtegraadwaarden. Alle invoerraster
kaarten moeten FCELL-rasterkaarten (floating point) zijn. Nulgegevens op kaarten zijn uitgesloten van de
berekening (en ook het versnellen van de berekening), zodat elke uitvoerrasterkaart zal bevatten
nulgegevens in cellen volgens alle invoerrasterkaarten. De gebruiker kan de opdracht r.null gebruiken om
maak/reset een nulbestand voor uw invoerrasterkaarten.
De opgegeven dag dag is het nummer van de dag van het algemene jaar waarop 1 januari de dag is
nr.1 en 31 december is 365. Tijd tijd moet een lokale (zonne)tijd zijn (dwz GEEN zonetijd,
bijv. GMT, CET) in decimaal systeem, bijv. 7.5 (= 7u 30m AM), 16.1 = 4u 6m PM.

de zonne- declinatie parameter is een optie om de door de berekende waarde te overschrijven
interne routine voor de dag van het jaar. De waarde van de geografische breedtegraad kan worden ingesteld als
een constante voor het hele berekende gebied of, als optie, een raster dat ruimtelijk representeert
verdeelde waarden over een groot gebied. De geografische breedtegraad moet ook in decimalen worden weergegeven
systeem met positieve waarden voor het noordelijk halfrond en negatief voor het zuidelijk halfrond. In
soortgelijk principe de Linke-troebelheidsfactor (linke, lin ) en grondalbedo (albedo, wit)
kan worden ingesteld.

Naast straling bij heldere hemel kan de gebruiker ook straling in de echte lucht berekenen (bundel, diffuus)
gebruik coeff_bh en coef_dh invoerrasterkaarten die de fractie van de respectieve definiëren
straling bij heldere hemel verminderd door atmosferische factoren (bijv. bewolking). De waarde is
tussen 0-1. Meestal kunnen deze coëfficiënten worden verkregen uit een langetermijnmeteorologisch onderzoek
metingen geleverd als rasterkaarten met ruimtelijke verdeling van deze coëfficiënten
afzonderlijk voor straal- en diffuse straling (zie Suri en Hofierka, 2004, paragraaf 3.2).

De zonnestraling of bestralingsrasterkaarten straal_rad, diff_rad, refl_rad worden berekend
voor een bepaalde dag dag breedte Latijns, verhoging elevatie, helling helling en aspect verschijning
rasterkaarten. Voor het gemak is het uitvoerraster gegeven als glob_rad zal de som opleveren van
de drie stralingscomponenten. Het programma maakt gebruik van de Linke-atmosfeertroebelheidsfactor en
grondalbedocoëfficiënt. Een standaard, enkele waarde van de Linke-factor is lin=3.0 en is dichtbij
het jaargemiddelde voor landelijke en stedelijke gebieden. De Linke-factor voor een absoluut duidelijk
sfeer zit lin=1.0. Zie de onderstaande opmerkingen voor meer informatie over deze factor. Het incident
De zonnehoek is de hoek tussen de horizon en de zonnebundelvector.

De zonnestralingskaarten voor een bepaalde dag worden berekend door de relevante gegevens te integreren
instraling tussen zonsopgang en zonsondergang voor die dag. De gebruiker kan een fijnere instelling instellen of
grovere tijdstap gebruikt voor stralingsberekeningen over de hele dag met de stap optie. De
standaardwaarde van stap bedraagt ​​0.5 uur. Grotere stappen (bijvoorbeeld 1.0-2.0) kunnen de berekeningen versnellen
maar produceren minder betrouwbare (en grilligere) resultaten. Terwijl de zon door ca. 15°
van de hemel in een uur, de standaardwaarde stap van een half uur levert stappen van 7.5° op in de
gegevens. Voor een relatief soepele output met de zon geplaatst voor elke mate van beweging in de
sky moet u de stap tot 4 minuten of minder. stap=0.05 is gelijk aan elke 3
minuten. Als u de tijdstap zeer fijn instelt, neemt de snelheid uiteraard proportioneel toe
looptijd van de module.

De outputeenheden zijn in Wh per vierkante meter per dag [Wh/(m*m)/dag]. Het incident
hoek- en bestralings-/bestralingskaarten worden berekend met de schaduwinvloed van reliëf
standaard. Het is ook mogelijk dat ze zonder deze invloed worden berekend met behulp van de
vlakke vlag (-p). In bergachtige gebieden kan dit tot heel andere resultaten leiden! De gebruiker
moet zich ervan bewust zijn dat het in aanmerking nemen van het schaduweffect van reliëf het effect kan vertragen
rekensnelheid, vooral wanneer de zon laag staat.

Wanneer rekening wordt gehouden met het schaduweffect, kan de snelheid en nauwkeurigheid van de berekening dat zijn
gecontroleerd door de afstand_stap parameter, die de bemonsteringsdichtheid definieert waarbij de
De zichtbaarheid van een rastercel wordt berekend in de richting van een pad van de zonnestroom. Het
definieert ook de methode waarmee de hoogte van het obstakel wordt berekend. Bij het kiezen van een
afstand_stap minder dan 1.0 (dat wil zeggen dat de bemonsteringspunten worden berekend op afstand_stap *
celgrootte afstand), r.zon neemt de hoogte vanaf het dichtstbijzijnde rasterpunt. Waarden boven 1.0
gebruikt de maximale hoogtewaarde gevonden in de dichtstbijzijnde 4 omliggende rasterpunten. De
standaardwaarde afstand_stap=1.0 zou voor de meeste gevallen redelijke resultaten moeten opleveren (bijv
DEM). De afstand_stap waarde definieert een vermenigvuldigingscoëfficiënt voor de bemonsteringsafstand.
Deze basisbemonsteringsafstand is gelijk aan het rekenkundig gemiddelde van beide celgroottes. De
redelijke waarden liggen in het bereik van 0.5-1.5. De waarden onder de 0.5 zullen afnemen en de waarden
boven 1.0 verhoogt de rekensnelheid. Waarden groter dan 2.0 kunnen schattingen opleveren
met een lagere nauwkeurigheid in sterk ontleed reliëf. Er wordt naar de volledig beschaduwde gebieden geschreven
de uitvoer wordt toegewezen als nulwaarden. Gebieden met NULL-gegevens worden als geen barrière beschouwd
schaduweffect.

De geschiedenisbestanden van de kaarten worden gegenereerd met de volgende vermelde parameters die worden gebruikt in
de berekening:
- Zonneconstante 1367 Wm-2
- Buitenaardse straling op een vlak loodrecht op de zonnestraal [Wm-2]
- Dag van het jaar
- Declinatie [radialen]
- Decimaal uur (alleen alternatief 1)
- Zonsopgang en zonsondergang (min-max) over een horizontaal vlak
- Daglichtlengtes
- Geografische breedtegraad (min-max)
- Linke troebelheidsfactor (min-max)
- Grondalbedo (min-max)

De gebruiker kan een mooie shellcript met variabele dag gebruiken om de straling een tijdje te berekenen
interval binnen het jaar (bijvoorbeeld vegetatie of winterperiode). Hoogte, aspect en helling
invoerwaarden mogen niet opnieuw worden geclassificeerd in grovere categorieën. Dit zou kunnen leiden tot
onjuiste resultaten.

OPTIES

Momenteel zijn er twee modi van r.sun. In de eerste modus berekent het de zonne-inval
hoek- en zonnestralingrasterkaarten met behulp van de ingestelde lokale tijd. In de tweede modus dagelijks
voor een bepaalde dag worden de som van de zonnestraling [Wh.m-2.day-1] berekend.

OPMERKINGEN

Zonne-energie is een belangrijke inputparameter in verschillende energiemodellen
industrie, landschap, vegetatie, verdamping, smeltende sneeuw of teledetectie. Zonne
kaarten van de invalshoek van stralen kunnen effectief worden gebruikt in radiometrische en topografische toepassingen
correcties in bergachtig en heuvelachtig terrein waar zeer nauwkeurig onderzoek zou moeten plaatsvinden
uitgevoerd.

Het in de r.sun toegepaste zonnestralingsmodel bij heldere hemel is gebaseerd op het uitgevoerde werk
voor de ontwikkeling van de Europese zonnestralingsatlas (Scharmer en Greif 2000, Page et al.
2001, Rigollier 2001). Het heldere hemelmodel schat de mondiale straling op basis van de som van
de straal, diffuse en gereflecteerde componenten. Het belangrijkste verschil tussen zonnestraling
modellen voor hellende oppervlakken in Europa is de behandeling van de diffuse component. In de
Europees klimaat is deze component vaak de grootste bron van schattingsfouten. Nemen
rekening houdend met de bestaande modellen en hun beperking van de Europese zonnestraling
Het team van Atlas heeft voor het model van Muneer (1990) gekozen omdat het een solide theoretische basis heeft
meer mogelijkheden voor latere verbetering.

Details van de onderliggende vergelijkingen die in dit programma worden gebruikt, zijn te vinden in de referentie
onderstaande literatuur of boek uitgegeven door Neteler en Mitasova: Open Source GIS: A GRASS
GIS-aanpak (gepubliceerd in Kluwer Academic Publishers in 2002).

Gemiddelde maandelijkse waarden van de Linke-troebelheidscoëfficiënt voor een mild klimaat in de
noordelijk halfrond (zie referentieliteratuur voor uw studiegebied):

Maand Jan Feb Mrt Apr Mei Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dec jaarlijks

bergen 1.5 1.6 1.8 1.9 2.0 2.3 2.3 2.3 2.1 1.8 1.6 1.5 1.90

landelijk 2.1 2.2 2.5 2.9 3.2 3.4 3.5 3.3 2.9 2.6 2.3 2.2 2.75

stad 3.1 3.2 3.5 4.0 4.2 4.3 4.4 4.3 4.0 3.6 3.3 3.1 3.75

industrieel 4.1 4.3 4.7 5.3 5.5 5.7 5.8 5.7 5.3 4.9 4.5 4.2 5.00

Geplande verbeteringen omvatten het gebruik van het SOLPOS-algoritme voor zonnegeometrie
berekeningen en interne berekening van aspect en helling.

Zonne tijd
Standaard berekent r.sun tijden als ware zonnetijd, waarbij zonnemiddag altijd precies is
12 uur overal in de huidige regio. Afhankelijk van waar de interessezone zich bevindt
zich in de betreffende tijdzone bevinden, kan dit in sommige gevallen tot verschillen van wel een uur leiden
gevallen (zoals West-Spanje) nog meer. Bovendien varieert de compensatie gedurende het jaar
volgens de tijdsvergelijking.

Om dit probleem te verhelpen, kan de gebruiker de optie gebruiken civiele_tijd= in
r.sun om ervoor te zorgen dat het de echte tijd (wandklok) gebruikt. Voor Centraal-Europa geldt bijvoorbeeld de
tijdzoneafwijking is +1, +2 wanneer de zomertijd van kracht is.

Afkomst of schaduw kaarten
Een kaart met schaduwen kan worden geëxtraheerd uit de kaart van de invalshoek van de zon (incidout). Gebieden
met nulwaarden worden overschaduwd. Dit zal niet werken als de -p vlag is gebruikt.

Groot kaarten en uit of geheugen problemen
Met een groot aantal kolommen en rijen, r.zon kan een aanzienlijke hoeveelheid geheugen in beslag nemen.
Hoewel uitvoerrasterkaarten niet kunnen worden gepartitioneerd, gebruiken de invoerrasterkaarten de
npartities parameter. In geval van een fout met onvoldoende geheugen (ERROR: G_malloc: onvoldoende geheugen),
the npartities parameter kan worden gebruikt om een ​​gesegmenteerde berekening uit te voeren die minder verbruikt
geheugen tijdens de berekeningen. De hoeveelheid geheugen door r.zon wordt als volgt geschat:
# zonder invoer rasterkaartpartitionering:
# geheugenvereisten: 4 bytes per rastercel
# rows,cols: rijen en kolommen van de huidige regio (ontdek dit met g.region)
# IR: aantal invoerrasterkaarten zonder horizonkaarten
# OF: aantal uitgevoerde rasterkaarten
geheugen_bytes = rijen*cols*(IR*4 + horizon_steps + OR*4)
# met invoer rasterkaartpartitionering:
geheugen_bytes = rijen*cols*((IR*4+horizon_steps)/npartities + OR*4)

Voorbeelden

Voorbeeld uit North Carolina (ook rekening houdend met schaduwen):
g.regio raster=elevatie -p
# horizonhoeken berekenen (om de daaropvolgende r.sun-berekening te versnellen)
r.horizon elevatie=hoogtestap=30 bufferzone=200 basisnaam=horangle \
maximale afstand=5000
# helling + aspect
r.slope.aspect elevatie=hoogte aspect=aspect.dem helling=helling.dem
# bereken de mondiale straling voor dag 180 om 2 uur, met behulp van de r.horizon-uitvoer
r.zon elevatie=hoogte horizon_basisnaam=horangle horizon_stap=30 \
aspect=aspect.dem slope=slope.dem glob_rad=global_rad dag=180 tijd=14
# resultaat: output globale (totale) instraling/instraling [Wm-2] voor bepaalde dag/tijd
r.univar global_rad

Berekening van de geïntegreerde dagelijkse instraling voor een regio in Noord-Carolina voor een gegeven
dag van het jaar met een resolutie van 30 meter. Hier dag 172 (dwz 21 juni in niet-schrikkeljaren):
g.regio raster=elev_ned_30m -p
# rekening houdend met slagschaduwen
r.zon elevatie=elev_ned_30m linke_value=2.5 albedo_value=0.2 dag=172 \
beam_rad=b172 diff_rad=d172 \
refl_rad=r172 insol_time=it172
d.mon wx0
# toon bestralingsrasterkaart [Wh.m-2.day-1]
d.rast.been b172
# toon de rasterkaart van de instralingstijd [h]
d.rast.leg it172
We kunnen de dag van het jaar berekenen vanaf een specifieke datum in de Python-shell:
>>> datum/tijd importeren
>>> datetime.datetime(2014, 6, 21).timetuple().tm_yday
172

Gebruik r.sungrass online met behulp van onworks.net-services